Порядок выполнения расчета
В таблице 1 приводятся исходные данные, необходимые для заданного расчета.
Таблица 1 – Исходные данные
Исходные данные |
Варианты исходных условий |
|||||||
Темпера-тура, °С |
Состав шлака, % |
Кол-во шлака, % к мет. |
[Mn], % |
|||||
(CaO) |
(SiO2) |
(FeO) |
(MnO) |
(MgO) |
||||
1600 |
46 |
22 |
20 |
7 |
5 |
12 |
0,35 |
t°: 1500°С 1550°С |
Реакция окисления-восстановления Mn идет на границе металл – шлак по уравнению:
[Mn] + (FeO) = (MnO) + Feж.
Константы равновесия:
,
.
При
t
= 1600°С:
,
;
При
t
= 1500°С:
,
;
При
t
= 1550°С:
,
.
Активности FeO и MnO связаны с химическим составом шлака. Для определения коэффициента активности можно воспользоваться уравнениями В.А. Кожеурова. Т.к. в этих уравнениях состав шлака выражается в мольных долях, необходимо сделать соответствующие расчеты.
Пусть состав шлака находится в следующем порядке:
FeO |
MnO |
CaO |
MgO |
SiO2 |
P2O5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
В результате расчета получено:
XFeO |
XMnO |
XCaO |
XMgO |
XSiO2 |
XP2O5 |
0,166 |
0,059 |
0,485 |
0,074 |
0,217 |
- |
Определяем (по Кожеурову) коэффициент активности FeO:
При
t
= 1600°С:
При
t
= 1500°С:
При
t
= 1550°С:
При
t=
1600°С:
При
t=
1500°С:
При
t=
1550°С:
Температура, °С |
lgFeO |
gFeO |
aFeO |
1600 |
0,397 |
2,495 |
0,699 |
1500 |
0,419 |
2,624 |
0,735 |
1550 |
0,408 |
2,559 |
0,717 |
Аналогично:
При
t
= 1600°С:
;
При
t
= 1500°С:
;
При
t =
1550°С:
;
Температура, °С |
lgMnO |
gMnO |
aMnO |
1600 |
0,144 |
1,393 |
0,082 |
1500 |
0,152 |
1,419 |
0,084 |
1550 |
0,149 |
1,409 |
0,083 |
Коэффициент распределения марганца между металлом и шлаком выводится из уравнения константы равновесия:
При
t
= 1600°С:
При
t
= 1500°С:
При
t
= 1550°С:
Балансовое уравнение по марганцу:
,
где n – стехиометрический коэффициент пересчета с элемента на соединение;
m – удельное количество шлака.
В данном случае: n = 55 / 71 = 0,774, а m = 0,12.
Составим систему уравнений:
При t = 1600 °С:
0,35 - [Mn]p=10,235*[Mn]p - 0,65016,
11,235*[Mn]p = 1,00016,
[Mn]p = 0,089%, а (MnO)p = 9,81%.
При t = 1500°С:
0,35 - [Mn]p=16,52*[Mn]p - 0,65016,
16,52*[Mn]p = 1,00016,
[Mn]p = 0,061%, а (MnO)p = 10,85%.
При t = 1550°С:
0,35 - [Mn]p=12,915*[Mn]p - 0,65016,
12,915*[Mn]p = 1,00016,
[Mn]p = 0,077%, а (MnO)p = 10,71%.
Таким образом, марганец в рассматриваемых условиях должен окисляться и переходить в шлак.
Степень удаления марганца равна:
При
t
= 1600 °С:
При
t
= 1500 °С:
При
t
= 1550 °С:
На основании расчета составляем график зависимости степени удаления марганца из металла в шлак от температуры (количества шлака или марганца исходного).
Напишите вывод на основании выполненных расчетов и полученного графика.